прошу объяснить откуда берется ошибка коэффициента усиления, и зачем нужен резистор на выходе буфера Опции

[RKS]

Имею канал измерения с коэффициентом 50.9 - схема во вложении. В качестве АЦП процессор STM32F407VExxx. Фактически коэффициент усиления - около 52. Хочу понять где берется ошибка. Согласно рекомендации из описания добавили резистор 100 ом на выход - R333. Длина проводника от выхода ОУ до пина процессора около 30 мм. Теперь хочу понять может ли он явиться причиной неправильного коэффициента. Может его надо как то правильно рассчитать? Мы его величину просто взяли из описания. Просто его замыкание ни на что не влияет.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[1113]

земля источника, опоры ОУ и опоры АЦП одна и та же?

[RKS]

земля источника, опоры ОУ и опоры АЦП одна и та же?

Земля одна и та же но возможно недостаточно толстая. Я продублировал ее толстыми проводами. Фактически провод 4 квадрата включен в земляной конец токосъмного резистора и земляной конец опоры LM4040. До пина VSSA - от этой точки около 7 мм. Там с землей все порядке. С проводами стало существенно лучше - собственно 52 и есть тот лучший результат. Если точнее то 51.77.

Сообщение отредактировал RKS - Nov 19 2015, 21:08

[ViKo]

А опорное напряжение для АЦП у вас какое?

[Alex11]

А точности резисторов у Вас какие? Если 1% или хуже, то этого вполне достаточно, чтобы получить то, что Вы наблюдаете.

[RKS]

А точности резисторов у Вас какие? Если 1% или хуже, то этого вполне достаточно, чтобы получить то, что Вы наблюдаете.

Резисторы у меня действмтельно 1% опора тоже 1% 3 вольта но ошибка возникает уже на выходе ОУ - тестером меряем.
Всетаки хочу понять нужен ли резистор 100 ом (или сколько)? Нужен ли конденсатор в обратнлй связи и как его расчитывать? Хочу выкинуть все лишнее чтобы место для полигона земли освободить. Измеряемые сигналы у меня все медленные помех рядом особенно никаких нет.

[Guest_TSerg_*]

Резистор на выходе обычно ставится, если есть заметная емкостная нагрузка.
Зачем на выходе конденсатор? Требование по MCU?

[Orthodox]

...Согласно рекомендации из описания добавили резистор 100 ом на выход - R333...

1. "Согласно рекомендации из описания 100 Ом" - это для нагрузки , не превышающей 1,2 nF . Для 100 nF нагрузки резистор однозначно "маловат будет"

2. Далее "согласно рекомендации из описания" про стабильность ОУ - "The OPAx376 in a unity-gain configuration can directly drive up to 250pF pure capacitive load". Всего-то

Здесь не unity-gain configuration, но про стабильность ОУ и возможности его работы на емкостную нагрузку некие выводы сделать можно...

3. Ежели нельзя существенно увеличить R333 например из-за малого входного сопротивления АЦП (про входное сопротивление АЦП смотреть надо),то в качестве "борьбы за устойчивость" для начала можно общую точку "справа" R332 и C331 (сейчас подключена к пину №1 ОУ U301) подключить непосредственно к C332. Это простейший способ повышения стабильности ОУ - ставить резистор между выходным пином ОУ и точкой,с которой берётся усиленное напряжение.А вообще способов повышения стабильности ОУ тьма...

[_Vova]

С332=100n? зачем такой большой, эту RC цепь ставят чтобы вход АЦП не влиял на ОУ,порядка 1n достаточно
С331 керамический?
конденсатор ОС рассчитайте из полосы сигнала и необходимого снижения шумов,скорее всего он не нужен, в вашей схеме ФНЧ на входе и на ОУ

[Ga_ry]

Ошибка скорее всего набегает не на выходе а на входе ОУ.
Пробуйте земляной провод датчика припаять непосредственно на нижний вывод резистора R331

И если уже компенсировать входные токи, то не хватает резистора 499 к с 3 выв. ОУ на землю.

[Александр1]

У меня сомнение по поводу правильного включения ОУ.
В классическом виде на один из входов ОУ следует подать половину напряжения питания. Т.е. либо на неинверт. вывод, либо на нижний вывод R331. А здесь я этого не вижу. Неинвертир вывод-это вход усилителя, а нижний вывод R331 на земле. Конечно, если применено двухполярное питание, тогда все в норме.
Для примера схема из документации производителя. Обратите внимание на первый ОУ: тот же неинвертирующий усилитель с однополярным питанием.

Прикрепленные файлы

 _____.doc ( 55.5 килобайт ) Кол-во скачиваний: 23

 

[1113]

1) какое напряжение питания у ОУ;
2) какое напряжение выходного сигнала;
3) смотрели ли на выход ОУ осциллографом, не возбуждается?

[mcheb]

Резисторы у меня действмтельно 1% опора тоже 1% 3 вольта но ошибка возникает уже на выходе ОУ - тестером меряем.

Конденсатор С331 плохой. 499кОм/1% = 49.9 МегаОм. Вот и возможный источник ошибки.

[prig]

Конденсатор С331 плохой. 499кОм/1% = 49.9 МегаОм. Вот и возможный источник ошибки.

Ну, это уже фантазии. Если специально не предпринимать никаких мер, сопротивления утечек ближе к 10^9.
Но выбор номиналов обращает на себя внимание, это да.

К тому, что уже написано и спрошено я добавилю только одно. Проверять тестером КУ - это откровенный нонсенс.
Не говоря уже о том, что в схеме могут быть и скорее всего есть проблемы с устойчивостью (см. п.1 в сообщении Ортодокса),
тыканье тестером на выход ОУ всегда чревато. Для быстрой оценки обычно хватает осциллоскопа.

[r_dot]

...ошибка возникает уже на выходе ОУ - тестером меряем...

А какая точность у этого тестера?

[RKS]

А какая точность у этого тестера?

Начну с конца - тестер APPA 103. Насчет его точности сходу сказать не могу. Влияния этого тестера на напряжение не обнаружил. Смотрел осциллографом. Сначала подключил осциллограф, потом подключался тестером - уровень не проседал. Тестором проверяли по той причине что показания из программы (после деления на Ку) "скачат". По какой причине - вопрос отдельный и не для этой темы. На выходе ОУ таких скачков (пропорционально конечно) не видно. Сигнал у меня максимум 50 милливольт. Обычно не больше 20. Растягиваю я его на шкалу в 3 вольта. После умножения на 50.9 растянул почти до 2.5 вольт. Если это некорректо - буду благодарен за разъяснения. Увеличить номинал шунта (и соответственно входную величину) - нельзя, или крайне нежелательно. Нагрев и прочие "бонусы"... Все сигналы у меня медленные - меняются очень плавно. Это 4 банки аккумуляторов по 12 вольт. 48 вольт в двух точках и 2 тока нагрузки. Резких скачков в принципе не бывает (конечно если не авария).

Отдельное спасибо Ga_ry. Еще один провод с земли шунта на земляной конец R331 помог приблизить коэффициент к расчетному. Попробую добавить доп резистор - под рукой пока не нашлось. Можете объяснить как это может помочь?
Пульсаций или возбуждений на выходе ОУ не видел ни разу. Питается ОУ от 3.3 вольт. Я эту шину отделил от основного процессорного питания LC фильтром. Там сравнительно чисто.

Похоже основная причина в том что земля у меня совсем плохая. Монтаж очень плотный (односторонний), поэтому есть желание убрать лишние или бесполезный элементы. В приложенной таблице емкость входа всего 4 пика (129-ая страница описания - если кому интересно). Было бы здорово и R333 и C331 вообще убрать. На всякий случай скажу что каналов у меня таких 8 штук (2 счетверенных операционника), поэтому выкину аж 16 штук 0603 элементов. Если всетаки C332 нужен то 1000 пик на том месте должно хватить. От выходов ОУ до пинов процессора длина проводников миллиметров 40...50.

Сообщение отредактировал RKS - Nov 20 2015, 12:06

Эскизы прикрепленных изображений

 

[HardEgor]

В приложенной таблице емкость входа всего 4 пика (129-ая страница описания - если кому интересно). Было бы здорово и R333 и C331 вообще убрать. Если всетаки C332 нужен то 1000 пик на том месте должно хватить.

Это же элементарно моделируется - строите схему из Rвых ОУ, ваших R333 и C332, Cadc, RАin, Radc АЦП, и частоты семплирования(скорее всего Equation 1 считает RAin) и моделируете как влияют R333 и C332 на качество сигнала на Ain. Если частота семплирования низкая - скорее всего никак, можно C332 поставить в 100 пик, а R333 закоротить. Проверить просто, если мало С332 - осциллографом видно пилу когда он делает Sample.

Что-бы понимать как считать схемы на ОУ и понимать все погрешности советую вдумчиво прочитать Достал И. "Операционные усилители" М.: Мир 1982

[Myron]

Это же элементарно

Еще элементарнее почитать буквари. К недостаткам этого метода можно отнести необходимость прочитать, понять, после чего забыть навсегда об удалении RC на входе АЦП. Ну конечно, если делаете серъезную аппаратуру. В противном случае можно делать что мизинец на левой ноге хочет и дальше можно не читать.

По делу. Для выбранного ОУ определяете минимальное нагрузочное сопротивление по ДШ. Чуть большее сопротивление и будет ваш R333. Дальше исходя из теории, нужного вам разрешения и из выбранной махимальной чатоты сигнала и выбранной частоты отсчетов в АЦП считаете С332. А вот и теория. Ее пока много в интернете. Если этого не хватит, пристегну еще.

Прикрепленные файлы

 External_components_improve_SAR_ADC_accuracy.pdf ( 486.45 килобайт ) Кол-во скачиваний: 106
 Front_End_Amplifier_and_RC_Filter_Design_for_a_ADC.pdf ( 228.72 килобайт ) Кол-во скачиваний: 103

 

[Plain]

4 банки аккумуляторов по 12 вольт. 48 вольт в двух точках и 2 тока нагрузки ... каналов у меня таких 8 штук (2 счетверенных операционника)

Неплохо бы уточнить, потому что из перечисленных 8-ми каналов, только два последних требуют пресловутого усиления в полсотни раз, а остальным требуется противоположная процедура, практически бесчувственная к плохим общим площадкам и прочим мелочам.

[RKS]

Неплохо бы уточнить, потому что из перечисленных 8-ми каналов, только два последних требуют пресловутого усиления в полсотни раз, а остальным требуется противоположная процедура, практически бесчувственная к плохим общим площадкам и прочим мелочам.

Каналы действительно не одинаковые. Только 2 выглядят как на рисунке в первом посте - они меряют токи. Остальные 6 выглядят так на рисунке ниже. И к их работе нет никаких претензий. Я уже закоротил резистор, снял конденсатор в этих каналах и не заметил никакой разницы. Если для работы с такими сигналами как потенциал аккумулятора RC фильтр на выходе буфера не нужен то это хорошая для меня новость. Теперь очень хочется освободить нижний слой от проводников. Наверное еще вскрою маску и положу пасту - чтобы толщина меди увеличилась..

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Только 2 выглядят как на рисунке в первом посте - они меряют токи. Остальные 6 выглядят так на рисунке ниже.

ТС! Сделайте нормальный рисунок - черным по белому, уберите цвета , сетки... Потом сожмите и перезалейте. А еще вопрос - зачем он нужен, если проблем нет. По Вашим словам.

[Plain]

Только 2 выглядят как на рисунке в первом посте - они меряют токи.

Решение задачи сводится к возврату в точку до изначально ошибочного отказа от дифференциального подключения датчиков тока, а именно, калибруемому программному дифусилителю на паре неинвертирующих усилителей на любых ОУ и HC4052 перед ними, которым коммутировать два датчика, свой общий и калибратор на ШИМ-делителе ИОН на 1G3157 — в этом случае никаких вскрытий масок и ручных соплей пастой не понадобится.

Остальные 6 выглядят так на рисунке ниже.

Например, один буфер АЦП на одном ОУ и один HC4051 перед ним.

[RKS]

Решение задачи сводится к возврату в точку до изначально ошибочного отказа от дифференциального подключения датчиков тока, а именно, калибруемому программному дифусилителю на паре неинвертирующих усилителей на любых ОУ и HC4052 перед ними, которым коммутировать два датчика, свой общий и калибратор на ШИМ-делителе ИОН на 1G3157 — в этом случае никаких вскрытий масок и ручных соплей пастой не понадобится.


Например, один буфер АЦП на одном ОУ и один HC4051 перед ним.

Вы не любитель простых решений . Я пару счетверенных в самом мелком корпусе еле уместил. А Вы предлагаете еще корпус добавить, а может и 2. Для второй идеи софт менять придется. Вы лучше подтвердите что RC фильтр к 6 ти каналам не нужен. А если всетаки нужен что то где это всплывет.

2 Tanya. Мой вопрос был адресован к тем кто силен в теории и не поленился прочесть все с начала (или внимательно читал). Еще раз: я на практике не заметил никаких бонусов от RC фильтра на выходе. Но поскольку теория не мой конек (и лыжи ) решил спросить тех кто лучше знает. У меня серия пойдет 100 плат. Допаивать руками будет грустно...

[Plain]

Я ответил непосредственно по теме — откуда взялась заявленная в её названии ошибка КУ сугубо в двух заявленных там же каналах измерения сугубо тока и как это предельно дёшево и просто исправить.

Ни о каких цепях согласования с УВХ АЦП МК в теме речь не шла и не идёт, равно как и о политических проблемах исправления сотен штук чего-либо на бегу, так что Ваше продолжившееся игнорирование и препирательство с администрацией тем более неуважительно.

[VNS]

"Глобальная" схемотехническая ошибка ТС состоит в том, что ОУ не имеют в своей структуре точки "нулевая шина". Поэтому схема должна быть построена заново в виде сквозного дифференциального канала для полезного сигнала. Только в таком виде погрешность потенциала "нулевой шины", который в идеале должен быть равен половине напряжения от суммы +U и -U, крайне сложно, если невозможно вообще, минимизировать до требуемого значения.

[Myron]

Вы не любитель простых решений . Я пару счетверенных в самом мелком корпусе еле уместил. А Вы предлагаете еще корпус добавить, а может и 2. Для второй идеи софт менять придется. Вы лучше подтвердите что RC фильтр к 6 ти каналам не нужен. А если всетаки нужен что то где это всплывет. 2 Tanya. Мой вопрос был адресован к тем кто силен в теории и не поленился прочесть все с начала (или внимательно читал). Еще раз: я на практике не заметил никаких бонусов от RC фильтра на выходе. Но поскольку теория не мой конек (и лыжи ) решил спросить тех кто лучше знает. У меня серия пойдет 100 плат. Допаивать руками будет грустно...

Если не в состоянии прочесть приведенные мной 2 статьи в #18, то лучше бросайте это дело, пока не поздно. Электроника не для вас.